在電動車、功率半導體及儲能裝置等高溫環境應用中，材料的導電穩定性始終是一大技術瓶頸。一般而言，當導電填料被混入樹脂後，雖能在室溫下維持良好導電性，但隨著溫度上升，樹脂膨脹會導致導電路徑中斷，電阻急遽上升，出現所謂的「正溫度係數（PTC）特性」，使電流無法順利通過。
近日，日本 Unitika 與 大阪公立大學 共同研究團隊成功開發出一種全新複合材料，突破了這一限制，為高溫導電材料的發展帶來嶄新契機。
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突破傳統限制的導電設計
在傳統設計中，導電性通常藉由金屬粒子、碳黑或碳奈米管填充於樹脂中形成導電通道。然而，當溫度升高導致樹脂膨脹時，這些填料間的接觸容易中斷，導致電流流通中斷。
大阪公立大學的堀部教授團隊長期研究PTC特性，深入分析導電填料的分散狀態、轉變溫度與電阻變化之間的關聯，並以此為基礎，致力於開發能在高溫環境下仍保持穩定導電的新型材料，用於永久保險絲與安全元件等應用。
奈米線複合材料展現卓越導電穩定性
此次研究中，Unitika將自行開發的導電性奈米線（nanowire）填充於樹脂中進行分析。實驗結果顯示，即便在溫度變化引起的體積膨脹情況下，奈米線所形成的導電網絡仍不易斷裂，能持續維持高溫下的穩定導電性。
這項成果與以往使用金屬粒子、碳粒子或碳奈米管的材料相比，展現出截然不同的導電穩定表現，成功克服了傳統導電複合材料在高溫下的性能劣化問題。
奈米線技術的材料優勢
Unitika已建立能將鎳、鐵、鈷等金屬加工至奈米尺度纖維的製程技術，這些奈米線具有比同金屬類型粒子或碳奈米管更優異的導電性能。研究團隊進一步證實，若將奈米線與銀（Ag）結合，導電性可再度顯著提升，展現出高度可調整與應用潛力。
此項技術不僅拓展了導電性複合材料的設計範疇，也為電子元件與電動設備提供更可靠的材料基礎。
未來應用與發展方向
這項研究成果證明，即使在高溫或體積反覆變化的嚴苛環境中，該複合材料仍能維持穩定電流傳輸。未來有望廣泛應用於：
- 高溫運作馬達與電力裝置周邊零件
- 高功率半導體封裝或散熱結構材料
- 電池電極材料，有效抑制因充放電造成體積收縮導致的劣化問題
Unitika與大阪公立大學表示，將持續深化導電奈米線的材料開發，推動其在高溫電子、電動車與能源儲存領域的實際應用，期望藉此技術為能源效率與材料可靠性帶來革新性的貢獻。
開啟高溫導電材料新篇章
此次研究不僅展現了奈米線技術的潛力，更為高溫導電性複合材料開啟了全新可能。隨著電動化與高功率化時代的來臨，能在極端環境中維持穩定性能的材料，將成為驅動未來產業升級的關鍵核心。
參考資料:
- 導電性ナノワイヤー樹脂複合材料の新特性を発見 ～モーター、パワーデバイス、電池電極等への応用に期待～ ＜総合研究所＞
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